Электромагнитная индукция Получение индуктированной электродвижущей силы (эдс)

Возьмем постоянный магнит 1 (рис. 91, а) и будем опускать его в катушку 2 (соленоид). Мы увидим, что стрелка гальванометра 5, включенного в цепь, отклонится (например, вправо). Это указы­вает на возникновение э. д. с. и появление тока в соленоиде.

Если прекратить движение магнита, то стрелка гальвано­метра вернется в нулевое по­ложение (рис. 91, б). Это по­казывает, что для появления индуктированной э. д. с. не­достаточно иметь магнитное поле и проводник, нужно еще, чтобы они двигались одно от­носительно другого.

Вынимая магнит из катуш­ки (рис. 91, в), можно заме­тить, что стрелка гальвано­метра отклонится, но уже в другую сторону (влево). Это показывает, что направление индуктированной э. д. с. за­висит от направления движе­ния магнитного поля, пересе­кающего неподвижный про­водник, или от направления движения проводника, пере­секающего магнитное поле.

В приведенном опыте мы видели, что при опускании постоянного магнита в катушку стрелка гальванометра от­клонялась вправо в том слу­чае, когда магнит был рас­положен северным полюсом вниз (см. рис. 91, а). Если повернуть магнит северным полюсом вверх и снова опускать в катушку, то стрелка гальванометра отклонится в другую сторону, т. е. влево (рис. 91, г). Это показывает, что направление индуктированной э. д. с. зависит еще от направления магнитного поля.

Рис. 91. Зависимость направления индук­тированной э. д. с. от направления маг­нитного поля и направления движения магнитного поля по отношению к провод­нику

Рис. 92. Взаимоиндукция

Явление возникновения э. д. с. в контуре при пересечении его магнитным полем называется электромагнитной ин­дукцией и было открыто английским физиком М. Фарадеем в 1831 г.

Если к замкнутому проводнику 1 (рис. 92) приближать (или удалять) проводник 2, по которому проходит электрический ток I, то в проводнике 1 будет индуктиро­ваться э. д. с. Точно так же, если оба проводника 1 и 2 оставлять непод­вижными, но изменять ток, либо раз­рывать или замыкать цепь, в которую входит проводник 2, то в проводни­ке 1 будет появляться индуктирован­ная э. д. с. Возникновение э. д. с. во втором контуре вследствие изменения тока в первом контуре называется взаимоиндукцией. Она имеет место в трансформаторах, индукционных катушках и т. д. Индуктированную э. д. с. можно получить еще следующим образом. Известно, что проводник, по которому течет электрический ток, окружен магнитным полем. Если изменять величину или направле­ние тока в проводнике или размыкать и замыкать электрическую цепь, питающую проводник током, то магнитное поле, окружающее этот проводник, будет изменяться. Изменяясь, магнитное поле проводника пересекает этот же самый проводник и наводит в нем э. д. с. Это явление называется самоиндукцией. Сама индуктированная э. д. с. называется э. д. с. самоиндукции.

Величина и направление индуктированной эдс

Индуктированная ЭДС. возникает в следующих трех случаях:

- когда движущийся проводник пересекает неподвижное магнит­ное поле или, наоборот, перемещающееся магнитное поле пересе­кает неподвижный проводник; или когда проводник и магнитное поле, двигаясь в пространстве, перемещаются один относительно другого;

- когда переменное магнитное поле одного проводника, действуя на другой проводник, индуктирует в нем э. д. с. (взаимоиндукция);

- когда изменяющееся магнитное поле какого-либо проводника индуктирует в нем самом э. д. с. (самоиндукция).

Таким образом, всякое изменение во времени величины магнитного потока , пронизывающего проводящий контур (виток, рамку), сопровождается появлением в этом проводниковом кон­туре индуктированной э. д. с. е:

где ΔФ - магнитный поток, пересеченный проводником за проме­жуток времени Δt.

Величина индуктированной э. д. с. в проводнике зависит:

- от величины индукции В магнитного поля, так как чем плотнее расположены магнитные линии, тем большее число их пересечет проводник за единицу времени (секунду);

- от скорости движения проводника V в магнитном поле, так как при большей скорости движения проводник может больше пересечь магнитных линий в секунду;

- от активной (находящейся в магнитном поле) длины проводника, так как длинный проводник может больше пересечь магнитных линий в секунду;

- от величины синуса угла а между направлением движения проводника и направлением магнитного поля (рис. 93).

Рис. 93. Разложение скорости движения проводника в магнитном поле

Раскладываем вектор скорости движения проводника в магнит­ном поле на две составляющие: V_H - составляющую, нормальную к направлению поля ( ), и V_t - тангенциальную со­ставляющую ( ), которая не принимает участия в созда­нии э. д. с, так как при движении под воздействием тангенциаль­ной составляющей проводник двигался бы параллельно вектору В и не пересекал бы линий магнитной индукции.

Величина индуктиро­ванной э. д. с. может быть найдена по формуле

где В — величина магнит­ной индукции, Tл; l - активная длина проводника, м; V - скорость движе­ния проводника, м/сек; α - угол пересечения.

Как было отмечено вы­ше, направление индукти­рованной э. д. с. зависит от направления движения проводника и от направления магнитного поля.

Для определения направления индуктированной э. д. с. в про­воднике, движущемся в магнитном поле, служит «правило правой руки». Оно заключается в следующем: если мысленно расположить правую руку в магнитном поле вдоль проводника так, чтобы маг­нитные линии, выходящие из северного полюса, входили в ладонь, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения проводника, то четыре вытянутых пальца будут показывать направ­ление э. д. с, индуктированной в проводнике (рис. 94).

Рис. 94. Определение направления индукти­рованной э. д. с. в проводнике по «правилу правой руки»

В случаях, когда проводник остается неподвижным, а магнит­ное поле движется, для определения направления индуктирован­ной э. д. с. следует предположить, что поле остается неподвижным, а проводник движется в сторону, обратную движению поля, и применить также «правило правой руки».